Fondements scientifiques de la géothermie profonde en Alsace Module «Géothermie» EGS

Transcription

1 Fondements scientifiques de la géothermie profonde en Alsace Module «Géothermie» EGS Jean Schmittbuhl EOST (UdS/CNRS) LabEx G-eau-thermie Profonde Chaire industrielle de Géothermie Profonde 05/02/2015 Réunion SPPPI 1

2 La géothermie profonde à l EOST Ecole d ingénieur de Géophysique Licence/Master/Doctorat BCSF RéNaSS Service National d'observation (INSU) 3 partenaires alsaciens une logique de site 1 comité scientifique international Université de Strasbourg CNRS Labex G eau thermie Profonde Un projet R&D long terme (8 ans) Des collaborations renforcées : BRGM (Division de géothermie) KIT (Chaire de géothermie) Groupe ES ES Géothermie (consortium) GEIE EMC Soultz sous Forêts 05/02/2015 Réunion SPPPI 2

3 Les compétences pour la géothermie profonde EGS en Alsace 1 continuum recherche fondamentale < > recherche appliquée 1 cible N compétences Flux de chaleur, thermique Géophysique de forage (diagraphie) Analyse de la ressource, modèle géologique Tomographie, Imagerie, monitoring Géologie, Hydro géologie Gestion financière (investissements très importants rentabilité) Thermodynamique (échangeur) Corrosion (électrolyse)/précipitation Modélisation THMC du réservoir Hydraulique (pompe, puits) Installations industrielles (turbine, aérocondenseur) Surveillance 24/24 gestion de risques Géophysique de surface et satellitaire (gravimétrie, InSAR EM, Sismique) Géodynamique (Bassin, Alpes) Champ de contrainte, t géomécanique, rhéologie, fracturation Pétrographie, Pétrophysique, Minéralogie Passage «micro macro» en milieu fracturé Géochimie (interactions solide/fluide) Compétences «surface» Compétences «sous sol» EOST: compétences «sous sols»: ~ 50 chercheurs impliqués 1 axe de recherche transversal Institut de Physique du Globe de Strasbourg (IPGS) UMR 7516 Laboratoire d'hydrologie et Géochimie de Strasbourg (LHYGES). UMR /02/2015 Réunion SPPPI 3

4 Objectifs de la présentation Introduction à des notions générales pour une meilleure appréhension des projets de géothermie profonde en Alsace La réunion du SPPPI du 24 mai 2012 Eléments d expertise scientifique actualisés Présentation des projets de géothermie profonde en cours en Alsace: Soultz-sous-Forêts / Rittershoffen(ECOGI) 30 ans d histoire de la géothermie profonde en Alsace Généralités/spécificités des sites Expertise(s) et Contre-expertise(s) des projets industriels à venir sur l Eurométropole Présentation détaillée des projets industriels par les porteurs de projet: ES / FONROCHE DREAL Alsace 05/02/2015 Réunion SPPPI 4

5 «Expertise scientifique» Principe de précaution / principe d innovation responsable «L'information du public et l'élaboration des décisions publiques s'appuient sur la diffusion des résultats de la recherche et le recours à une expertise scientifique indépendante et pluridisciplinaire» (amendements à la charte de l environnement de 2004, 27 mai 2014) «Cette expertise est certes perfectible mais elle reste à ce jour le moyen le plus raisonnable d agir. Agir sans s appuyer sur l expertise scientifique porte un nom : l obscurantisme» (G. Fioraso, Secrétaire d Etat) Sommes-nous «experts scientifiques»? Quelles compétences? Quels liens entre les champs scientifiques, liens avec les implications économiques, sociales, éthiques? Quelle intégration des compétences? Quelle indépendance? Lien entre compétence et indépendance? Quelle confrontation des points de vue? Le débat scientifique Que faire de l expertise? La question de la confiance du public envers les experts? La question de l acceptation des expertises par les décideurs? Le temps? 05/02/2015 Réunion SPPPI 5

6 Comment exploiter la géothermie profonde en Alsace? Principes et éléments de contexte 05/02/2015 Réunion SPPPI 6

7 La maturité des technologies Les différents types de géothermie Type de géothermie Caractéristiques du réservoir Utilisations Très basse énergie Nappe à moins de 100 m Température < à 30 C Chauffage et rafraîchissement de locaux, avec pompe à chaleur Technologie mature Basse énergie 30 C < Température < 150 C Moyenne et Haute énergie (géothermie profonde) conventionnelle/ non conventionnelle (EGS) Chauffage urbain, utilisations industrielles, thermalisme, balnéothérapie Technologie mature Conventionnelle: Technologie mature 150 C < Température < 350 C Production d électricité et de chaleur EGS: Technologie non mature! ADEME.fr 05/02/2015 Réunion SPPPI 7

8 La géothermie haute température non conventionnelle - les principes Concept 1: Hot Dry Rock (HDR) Forer 2 ou 3 puits pour accéder à la zone réservoir cible (T>200 C) Créer un aquifère en profondeur par fracturation dans le volume Faire circuler un fluide «artificiel» en boucle fermé Extraire la chaleur de la boucle géothermale par une boucle secondaire Produire de l électricité 05/02/2015 Réunion SPPPI 8

9 La géothermie haute température non conventionnelle - les principes HDR Hot Dry Rock EGS Concept 2: Enhanced Geothermal System (EGS) Enhanced Forer 2 ou 3 puits pour accéder Geothermal à la zone réservoir cible (T>200 C) System Créer un aquifère en profondeur Utiliser les failles existantes par fracturation dans le volume et développer leur connectivité avec les puits Faire circuler un fluide «artificiel» Faire circuler le fluide naturel en boucle fermé dans une boucle semi-ouverte Extraire la chaleur de la boucle géothermale par une boucle secondaire Produire de l électricité selon tarifs + chaleur (co-génération) 05/02/2015 Réunion SPPPI 9

10 Le contexte: La sismicité naturelle in Peters, 2007 RENASS/BCSF 05/02/2015 Réunion SPPPI From Valley,

11 Le contexte: Les contraintes régionales EGS Un chargement mécanique naturel Energie élastique potentielle From Valley, /02/2015 Réunion SPPPI 11

12 Le contexte: une circulation hydrothermale naturelle lente et pluri-kilométrique ~10 cm/an 05/02/2015 Réunion SPPPI 12

13 Contexte: Un sous-sol plutôt bien connu en Alsace L apport des études pétrolières dans la couverture sédimentaire L Alsace: Une longue histoire de forages (Pechelbronn): Plus de 5000 puits pétroliers en Alsace (2850 déjà avant 1916 Pour 760 km de total cumulé) 05/02/2015 Réunion SPPPI 13

14 Contexte: Un sous-sol plutôt bien connu en Alsace 05/02/2015 Réunion SPPPI 14

15 Variabilité spatiale Soultz/Rittershoffen Beinheim (Société Roquette Frères) Soultz Rittershoffen Données GEORG ( 05/02/2015 Réunion SPPPI 15

16 Variabilité spatiale Soultz/ CUS (40km) Eckbolsheim Strasbourg (Port) Données GEORG ( Beinheim (Société Roquette Frères) 05/02/2015 Réunion SPPPI 16

17 Injectivité/Productivité des forages géothermiques profonds Injectivity/Productivity index [l/(s*bar)] Mesures à Soultz sous Forêts (Stimulations) Productivité: ~1 l/s/bar Natural Injectivity / Productivity Hydraulic Stimulation HCl RMA NTA OCA Injectivité: ~0.5 l/s/bar Circulation (Juil. Août 2008) 0 GPK2 GPK3 GPK4 4% 20% 76% GPK2 8% 8% 32% GPK3 53% 27% 13% 8% 2% GPK4 50% Débit «exploitation»: 25 l/s > 20 bars de pression de pompage > +50 bars de pression de ré injection Débit «commercial»: 100 l/s > 80 bars de pression de pompage? > ~200 bars de pression de ré injection? 05/02/2015 Réunion SPPPI 17

18 Le développement de la surveillance: Suivi géodésique régional (GPS/INSAR) Landau, Thèse C. Heimlich (EOST) 05/02/2015 Réunion SPPPI 18